北理工材料學(xué)院在新型量子點(diǎn)材料及其照明顯示應(yīng)用方面取得系列進(jìn)展
發(fā)布日期：2016-01-31 供稿：材料學(xué)院 常帥
編輯：材料學(xué)院 張博文 審核：陳鵬萬(wàn) 閱讀次數(shù)：
照明和顯示是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱型產(chǎn)業(yè),，年產(chǎn)值超千億美元,。與其相關(guān)的新材料，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的重要基礎(chǔ),，如日本科學(xué)家發(fā)明的GaN摻雜技術(shù)產(chǎn)生了龐大的白光LED產(chǎn)業(yè)，柯達(dá)公司發(fā)明的有機(jī)電致發(fā)光(OLED)技術(shù)掀起了柔性顯示的技術(shù)革命。半導(dǎo)體量子點(diǎn),，兼具無(wú)機(jī)半導(dǎo)體能帶調(diào)控的優(yōu)勢(shì)和有機(jī)半導(dǎo)體的加工特性,，能夠彌補(bǔ)上述技術(shù)在面光源照明、高性能顯示應(yīng)用中的不足,，成為產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注的下一代技術(shù),。值得關(guān)注的是，基于量子點(diǎn)背光源技術(shù)的液晶顯示器已經(jīng)成功走向商業(yè)化,。然而,，目前研究主要限于具有核殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典量子點(diǎn)材料(特別是CdSe類(lèi)材料)，高質(zhì)量量子點(diǎn)材料,，一般采用高溫?zé)嶙⑷爰夹g(shù)制備,，產(chǎn)業(yè)化仍面臨工藝復(fù)雜、成本高等挑戰(zhàn),。因此,，尋求新型低成本量子點(diǎn)材料是解決上述挑戰(zhàn)，取得原創(chuàng)性突破技術(shù)的重要思路,。
與正在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的CdSe類(lèi)量子點(diǎn)相比(見(jiàn)表１),，銅銦硫和鈣鈦礦量子點(diǎn)具有成本低廉,、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì),，是極具產(chǎn)業(yè)化前景的新材料,。已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng)，其中4項(xiàng)獲得授權(quán),，正在與京東方,、宇極科技等企業(yè)單位合作，開(kāi)發(fā)具有商業(yè)化前景的低成本量子點(diǎn)照明和顯示技術(shù),。
（校園網(wǎng)首頁(yè)圖片摘選自網(wǎng)絡(luò),，非本研究圖片）
依托材料學(xué)院和納米光子學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究平臺(tái),，鐘海政教授帶領(lǐng)學(xué)生，圍繞新型量子點(diǎn)材料及其照明顯示應(yīng)用開(kāi)展研究,，通過(guò)與鄒炳鎖教授的密切合作以及校內(nèi)外的廣泛合作,，取得了系列研究進(jìn)展，在國(guó)際同行中產(chǎn)生了較大的影響,。
針對(duì)面光源照明的應(yīng)用需求,，前期研究他們重點(diǎn)發(fā)展了低毒、低成本三元銅銦硫(CuInS2)系列量子點(diǎn)材料(其中4篇代表性論文成為ESI高被引論文),，在世界上率先實(shí)現(xiàn)了百克量級(jí)的小試放大(如圖1,，授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利：ZL 201110259596.3)，制備出高顯色性能,、高效率的遠(yuǎn)程白光LED燈具(Nanoscale 2013, 5, 3514,；Optics Express 2013, 21, 10105；第十三屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技發(fā)明類(lèi)一等獎(jiǎng)),。最近,，發(fā)展了高效、快速的配體交換技術(shù),，與河南大學(xué)申懷彬副教授,、長(zhǎng)春光機(jī)所紀(jì)文宇副研究員合作，實(shí)現(xiàn)了高效率的電致發(fā)光器件(亮度和效率均為此類(lèi)量子點(diǎn)報(bào)道的最高值),，為制備電致發(fā)光LED面光源奠定了基礎(chǔ)(Chem. Mater. 2016, DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b04480),。
圖1 CuInS2量子點(diǎn)的小試放大及其遠(yuǎn)程白光LED燈具和電致發(fā)光顯示應(yīng)用
針對(duì)顯示應(yīng)用需求，自2013年開(kāi)始在國(guó)際上率先開(kāi)展了有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦量子點(diǎn)材料的研究,，與董宇平教授等人合作,，發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦材料的聚集誘導(dǎo)熒光特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112 該期刊2014.07-2015.07閱讀最多的10篇論文之一),；利用該特性，建立了室溫再沉淀和微乳液制備鈣鈦礦量子點(diǎn)技術(shù)(國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)：PCT/CN2015/092497),，獲得了顏色可調(diào),、發(fā)光效率高的鈣鈦礦量子點(diǎn)材料(見(jiàn)圖2)，與華中科技大學(xué)韓俊波教授合作,，闡明了尺寸減小和有效包覆提高量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率的物理機(jī)制,，在此基礎(chǔ)上，展示了高顯色性的寬色域白光LED原型器件(~130% NTSC標(biāo)準(zhǔn),，重合度~96%,，ACS Nano 2015, 9 4533，ESI高被引論文,，被Materials View China網(wǎng)站和《科學(xué)通報(bào)》英文版作為亮點(diǎn)報(bào)道),；與加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的裴啟兵教授小組合作，實(shí)現(xiàn)了高效率的綠光電致發(fā)光LED器件,，為鈣鈦礦材料的電致發(fā)光顯示提供了新技術(shù)路線(ACS Appl. Mater. Interface 2015, 7, 28128,，該期刊當(dāng)月閱讀最多的20篇論文之一)。
圖2 鈣鈦礦量子點(diǎn)及其LED應(yīng)用
與正在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的CdSe類(lèi)量子點(diǎn)相比(見(jiàn)表１),，銅銦硫和鈣鈦礦量子點(diǎn)具有成本低廉,、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì),，是極具產(chǎn)業(yè)化前景的新材料,。已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng)，其中4項(xiàng)獲得授權(quán),，正在與京東方,、宇極科技等企業(yè)單位合作，開(kāi)發(fā)具有商業(yè)化前景的低成本量子點(diǎn)照明和顯示技術(shù),。
表1 量子點(diǎn)應(yīng)用性能參數(shù)分析
上述進(jìn)展得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委,、科技部973計(jì)劃、北京市科技新星,、北京市青年英才以及校重大項(xiàng)目培育計(jì)劃,、校優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃和“青年教師重返母校計(jì)劃”的支持。近5年來(lái),發(fā)表學(xué)術(shù)論文40篇(其中第一/通訊作者28篇),，被包括Science,、Nature Nanotechnology、Nature Communication等國(guó)際期刊他人引用>600次,，3篇入選ESI高被引論文,，受邀在歐洲顯示2015年會(huì),、美國(guó)第228th電化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)顯示材料分會(huì)等國(guó)際會(huì)議上,，做學(xué)術(shù)邀請(qǐng)報(bào)告10余次,。獲得北京市科委新材料中心舉辦的 “納米之星”創(chuàng)業(yè)大賽中團(tuán)隊(duì)組(80家團(tuán)隊(duì)參賽)第二名。
（校園網(wǎng)首頁(yè)圖片摘選自網(wǎng)絡(luò),，非本研究圖片）
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